JP3226842B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入水路からの水を
加熱して出湯路に供給する水加熱用の熱交換器と、その
熱交換器を加熱するバーナと、前記熱交換器を迂回する
状態で前記入水路と出湯路とを接続するバイパス路と、
前記出湯路からの湯とバイパス路からの水との混合比を
調整して給湯路に供給するミキシング手段と、前記バー
ナの燃焼量とミキシング手段の作動とを制御する制御手
段とを備え、前記制御手段が、前記出湯路における湯の
温度が目標出湯温度になるように、前記バーナの燃焼量
を制御するとともに、前記給湯路における湯水の温度が
目標給湯温度になるように、前記ミキシング手段を制御
して前記混合比を調整するように構成してある給湯装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような構成の給湯装置においては、
入水路からの入水量をＱｏとし、そのＱｏの水を熱交換
器側へα×Ｑｏ、バイパス路側へβ×Ｑｏの割合で分岐
供給する場合、入水路からの水の入水温をＴｃ、熱交換
器により加熱された後の出湯路からの湯の温度をＴｄ
ｏ、給湯路からの湯水の目標給湯温度をＴｓとして、通
常、下記の式〔数５〕、

【０００３】

【数５】 Ｑｏ×Ｔｓ＝α×Ｑｏ×Ｔｄｏ＋β×Ｑｏ×Ｔｃ

【０００４】が成り立つ。ただし、

【０００５】

【数６】α＋β＝１

【０００６】そして、従来、熱交換器により加熱された
後の出湯路からの湯の量とバイパス路からの水の量との
混合比α対βの値は、上記の式〔数５〕と〔数６〕とか
ら求めていた。例えば、上記したαの値であれば、下記
の式〔数７〕、

【０００７】

【数７】α＝（Ｔｓ−Ｔｃ）／（Ｔｄｏ−Ｔｃ）

【０００８】によって求められ、その求めた結果に基づ
いて、前記制御手段が、ミキシング手段を制御して前記
混合比を調整するように構成されていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のものでは、外乱の影響などによって、例えば出湯路に
おける出湯温度Ｔｄｏが若干上昇すると、〔数７〕から
明らかなように、αが減少するため、制御手段は、出湯
路からの湯量を減少させるようにミキシング手段を制御
する。そして、出湯路の湯量の減少に伴って、バーナの
燃焼量を抑えるように制御するのであるが、出湯路の湯
量の減少に対してバーナの燃焼量抑制が若干遅れるた
め、出湯路における出湯温度Ｔｄｏが更に上昇し、その
温度上昇に伴って、出湯路からの湯量を更に減少させる
ように制御することになる。つまり、出湯温度Ｔｄｏが
若干上昇すると、結果的に出湯温度Ｔｄｏをより上昇さ
せるように制御することになり、逆に出湯温度Ｔｄｏが
若干低下すると、出湯温度Ｔｄｏをより低下させるよう
に制御することになって、その結果、給湯路からの湯水
の温度が安定せず、最終的に目標給湯温度Ｔｓになるの
に時間がかかり過ぎるという問題があった。

【００１０】本発明は、このような従来の問題点に着目
したもので、その目的は、外乱などの影響によって出湯
路の温度が変化しても、給湯路からの湯水の温度を比較
的短時間のうちに安定させて目標給湯温度になるように
制御し得る給湯装置の提供にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明によれば、バーナの燃焼量と
ミキシング手段の作動とを制御する制御手段が、出湯路
における湯の温度が目標出湯温度になるように、前記バ
ーナの燃焼量を制御するとともに、給湯路における湯水
の温度が目標給湯温度になるように、前記ミキシング手
段を制御して前記出湯路からの湯とバイパス路からの水
との混合比を調整するように構成してある給湯装置であ
って、前記制御手段が、前記入水路に設けた入水温検出
手段による検出入水温度、前記出湯路に設けた出湯温検
出手段による検出出湯温度、ならびに、前記目標給湯温
度とに基づいて前記ミキシング手段による混合比を求め
るとともに、前記出湯路に設けた出湯温検出手段による
検出出湯温度を前記目標出湯温度に近づく側に補正した
状態で前記混合比を求めるように、 出湯路からの湯量と
バイパス路からの水量との混合比をα対βとし、ただ
し、α＋β＝１として、入水温検出手段による検出入水
温度をＴｃ、出湯温検出手段による検出出湯温度をＴｄ
ｏ、目標出湯温度をＴｄｓ、目標給湯温度をＴｓとし
て、 ｍ，ｎを定数として、下記の式〔数８〕と〔数
９〕、

【００１２】

【数８】 Ｑｏ×Ｔｓ＝α×Ｑｏ×Ａ＋β×Ｑｏ×Ｔｃ

【００１３】

【数９】 Ａ＝（ｍ×Ｔｄｏ＋ｎ×Ｔｄｓ）／（ｍ＋ｎ）

【００１４】に基づいて前記混合比を調整するように構
成してある。 したがって、外乱の影響などで出湯路の温
度が若干上昇しても、従来のように熱交換器側への水量
を大幅に減少させることがなく、同様に、出湯路の温度
が若干低下しても、熱交換器側への水量を大幅に増加さ
せることがなく、その結果、上述した従来構造のものと
比較して、より短時間のうちに給湯路からの湯水の温度
を安定させて目標給湯温度に近づけることができる。 し
かも、上記式〔数９〕において、ｍとｎの値を適宜選択
することにより、出湯温度Ｔｄｏを目標出湯温度Ｔｄｓ
に近づく側に補正した状態で、かつ、出湯温度Ｔｄｏの
変化に対する依存度と目標出湯温度Ｔｄｓへの依存度を
自由に変更でき、給湯装置の性能などに対応した状態
で、短時間のうちに給湯路からの湯水の温度を目標給湯
温度に近づけることができる。

【００１５】

【００１６】請求項２に記載の発明によれば、入水路に
入水される水量を検出する入水量検出手段を設け、前記
制御手段が、前記入水量検出手段の検出情報に基づいて
前記定数ｍ，ｎを変更するように構成してある。したが
って、例えば、入水量が多い場合には、前記定数ｍの定
数ｎに対する比率を大きくし、入水量が少ない場合に
は、前記定数ｎの定数ｍに対する比率を大きくして、微
妙な制御を可能にする。

【００１７】請求項３に記載の発明によれば、前記制御
手段が、入水温検出手段の検出情報に基づいて前記定数
ｍ，ｎを変更するように構成してある。したがって、例
えば、入水温が低い場合には、前記定数ｍの定数ｎに対
する比率を大きくし、入水温が高い場合には、前記定数
ｎの定数ｍに対する比率を大きくして、微妙な制御を可
能にする。

【００１８】請求項４に記載の発明によれば、前記式
〔数９〕が、ｎ＝１として、下記の式〔数１０〕、

【００１９】

【数１０】Ａ＝（ｍ×Ｔｄｏ＋Ｔｄｓ）／（ｍ＋１）

【００２０】からなる。したがって、出湯温度Ｔｄｏを
目標出湯温度Ｔｄｓに近づく側に補正した状態で、式
〔数１０〕を用いることによって、定数ｍのみで扱うこ
とができ、制御プログラムを単純にすることができる。

【００２１】請求項５に記載の発明によれば、前記式
〔数９〕が、ｍ＝１とし、ｎ’を正の整数として、下記
の式〔数１１〕、

【００２２】

【数１１】Ａ＝（Ｔｄｏ＋ｎ’×Ｔｄｓ）／（１＋
ｎ’）

【００２３】からなる。したがって、出湯温度Ｔｄｏの
変化による影響を少なくし、出湯路の目標出湯温度Ｔｄ
ｓへの依存度を大きくする場合には、式〔数１１〕を用
いることによって、ｎ’を正の整数として扱うことがで
き、制御プログラムをより一層単純にすることができ
る。

【００２４】請求項６に記載の発明によれば、給湯路の
湯水の温度を検出する給湯温検出手段を設け、前記制御
手段が、前記目標給湯温度と給湯温検出手段による検出
給湯温度との偏差に基づいて、前記混合比を調整するよ
うに構成してある。したがって、いわゆるフィードバッ
ク制御が実行され、給湯路の湯水の温度を極力所望温度
またはそれに近い温度にすることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る給湯装置につ
いて説明する。図１に示すように、給湯装置は、供給さ
れる水を加熱して給湯栓に給湯する給湯部Ｋ、この給湯
部Ｋの動作を制御する制御手段Ｈ、この制御手段Ｈに動
作情報を指令するリモコン操作部Ｒなどを備えて構成さ
れている。

【００２６】前記給湯部Ｋは、燃焼室１内に、水加熱用
の熱交換器２、この熱交換器２を加熱するガス燃焼式の
バーナ３、このバーナ３に燃焼用空気を通風するととも
に、その通風量を変更調整自在なファン４などが備えら
れ、熱交換器２には、例えば家庭用の水道などから水が
供給される入水路５、加熱後の湯を出湯する出湯路６が
それぞれ接続され、入水路５には、その入水量Ｑｏを検
出する入水量検出手段としての入水量センサ７、入水温
度Ｔｃを検出する入水温検出手段としての入水温サーミ
スタ８がそれぞれ備えられ、出湯路６には熱交換器２か
ら出湯される湯の出湯温度Ｔｄｏを検出する出湯温検出
手段としての出湯温サーミスタ９が備えられている。

【００２７】入水路５と出湯路６とが、熱交換器２を迂
回するバイパス路２０にて接続され、熱交換器２から出
湯される湯とバイパス路２０から供給される水とが混合
された状態で給湯路２３より図外の給湯栓に給湯される
ように構成され、かつ、熱交換器２から出湯される湯
と、バイパス路２０から供給される水との混合比を変更
自在なミキシング手段としてのミキシングバルブ２１
が、バイパス路２０と出湯路６との合流箇所に設けられ
ている。前記給湯路２３には、給湯装置の能力を越えた
場合に、所望温度の湯を給湯するべく自動的に水流を絞
るための水比例バルブ１０と、ミキシングバルブ２１に
よって混合された後の湯水の給湯温度Ｔｍを検出する給
湯温検出手段としての給湯温サーミスタ２２とが備えら
れている。

【００２８】ミキシングバルブ２１は、出湯路６から出
湯される湯とバイパス路２０から供給される水との混合
比を制御手段Ｈからの指令で可変するためのバルブであ
り、このミキシングバルブ２１の動力には、ステッピン
グモータが用いられ、ステッピングモータのステップ数
でミキシングバルブ２１の混合比が決定されるように構
成されている。

【００２９】バーナ３に対する燃料供給路１１には、燃
料ガスの供給を断続する電磁操作式の断続弁１２、燃料
供給量（バーナ３の燃焼量）を変更調節自在な電磁操作
式のガス量調節弁１３が備えられ、バーナ３の近くに
は、バーナ３に対する点火動作を実行するイグナイタ１
４と、バーナ３に着火されたか否かを検出するフレーム
ロッド１５とがそれぞれ備えられている。

【００３０】前記リモコン操作部Ｒは、給湯部Ｋの運転
の開始・停止を指令する運転スイッチ１６、給湯路２３
からの目標給湯温度を設定変更する温度設定スイッチ１
７、目標給湯温度などを表示する表示部１８、運転状態
であることを表示する運転ランプ１９、バーナ３が燃焼
状態であることを表示する燃焼ランプ２０などを備えて
構成されている。

【００３１】前記制御手段Ｈは、出湯路６からの湯の出
湯温度Ｔｄｏが目標出湯温度Ｔｄｓになるように、バー
ナ３の燃焼量を制御するとともに、給湯路２３の給湯温
度Ｔｍが目標給湯温度Ｔｓになるように、ミキシングバ
ルブ２１の混合比を調整するように制御する。具体的に
説明すると、入水路５からの入水量Ｑｏを、熱交換器２
側へα×Ｑｏ、バイパス路２０側へβ×Ｑｏの割合で分
岐するとして（ただし、α＋β＝１）、制御手段Ｈは、
入水温Ｔｃでα×Ｑｏの量の水を熱交換器２で加熱して
出湯路６からの出湯温度Ｔｄｏが目標出湯温度Ｔｄｓ
（例えば６０℃）になるように、バーナ３の燃焼量を制
御する（フィードフォワード制御）。同時に、制御手段
Ｈは、熱交換器２からの湯とバイパス路２０からの水と
の混合比α対βを調整し、給湯路２３からの給湯温度Ｔ
ｍが、温度設定スイッチ１７により設定された目標給湯
温度Ｔｓになるように、ミキシングバルブ２１を制御す
る。

【００３２】このような制御において、上記したαとβ
は、下記式〔数１２〕と〔数１３〕に基づいて求められ
る。

【００３３】

【数１２】Ｑｏ×Ｔｓ＝α×Ｑｏ×Ａ＋β×Ｑｏ×Ｔｃ

【００３４】

【数１３】Ａ＝（ｍ×Ｔｄｏ＋ｎ×Ｔｄｓ）／（ｍ＋
ｎ）

【００３５】尚、ｍ，ｎは定数で、入水量Ｑｏの変化に
伴って、変更するように構成され、例えば、入水量Ｑｏ
が多い場合には、定数ｍの定数ｎに対する比率を大きく
し、入水量Ｑｏが少ない場合には、定数ｎの定数ｍに対
する比率を大きくして、微妙な制御を可能にする。

【００３６】より具体的には、α＋β＝１であるから、
上記式〔数１２〕より、

【００３７】

【数１４】α＝（Ｔｓ−Ｔｃ）／（Ａ−Ｔｃ）

【００３８】

【数１５】β＝（Ｔｓ−Ａ）／（Ｔｃ−Ａ）

【００３９】が成り立ち、αの値あるいはβの値を求め
ることができる。

【００４０】また、上記式〔数１３〕において、ｎ＝１
とすると、下記の式〔数１６〕のようになり、制御プロ
グラムが単純なものになる。

【００４１】

【数１６】Ａ＝（ｍ×Ｔｄｏ＋Ｔｄｓ）／（ｍ＋１）

【００４２】上記式〔数１３〕において、ｍを１とし
ｎ’を正の整数とすると、下記の式〔数１７〕のように
なり、ｎ’を正の整数で扱え、制御プログラムが一層単
純なものになる。

【００４３】

【数１７】Ａ＝（Ｔｄｏ＋ｎ’×Ｔｄｓ）／（１＋
ｎ’）

【００４４】制御手段Ｈは、上述したフィードフォワー
ド制御と並行して、出湯温サーミスタ９の検出温度Ｔｄ
ｏと目標出湯温度Ｔｄｓとの偏差に基づいて、出湯温サ
ーミスタ９の検出温度Ｔｄｏが目標出湯温度Ｔｄｓにな
るように、バーナ３の燃焼量を制御する（フィードバッ
ク制御）。そして、上述したフィードバック制御に加
え、給湯温サーミスタ２２の検出温度Ｔｍと目標給湯温
度Ｔｓとの偏差に基づいて、給湯温サーミスタ２２の検
出温度Ｔｍが目標給湯温度Ｔｓになるように、ミキシン
グバルブ２１を調節するとともに、バーナ３の燃焼量を
制御する。つまり、給湯温サーミスタ２２の検出温度Ｔ
ｍが目標給湯温度Ｔｓよりも高い場合には、バイパス路
２０から供給される水の量が増加するように、ミキシン
グバルブ２１を調節し、かつ、バーナ３の燃焼量を減少
させ、給湯温サーミスタ２２の検出温度Ｔｍが目標給湯
温度Ｔｓよりも低い場合には、出湯路６から出湯する湯
の量が増加するように、ミキシングバルブ２１を調節
し、かつ、バーナ３の燃焼量を増加させるように制御す
る。

【００４５】バーナ３の燃焼量は、下記の式〔数１８〕
に基づいてフィードフォワード制御量ＦＦを演算し（た
だし、Ｋは、フィードフォワード制御用の制御定数）、
かつ、下記の式〔数１９〕に基づいてフィードバック制
御量ＦＢを演算し（ただし、Ｋｐ，Ｋｉは、フィードバ
ック制御用の制御定数）、下記の式〔数２０〕に示すよ
うに、フィードフォワード制御量ＦＦとフィードバック
制御量ＦＢとを加算して、バーナ３の目標燃焼量Ｉｐを
求めるように構成されている。

【００４６】

【数１８】ＦＦ＝Ｋ×（Ｔｄｓ−Ｔｃ）×α×Ｑｏ

【００４７】

【数１９】ＦＢ＝Ｋｐ×（Ｔｄｓ−Ｔｄｏ）＋Ｋｉ∫
（Ｔｄｓ−Ｔｄｏ）ｄｔ

【００４８】

【数２０】 Ｉｐ＝ＦＦ＋ＦＢ ＝Ｋ×（Ｔｄｓ−Ｔｃ）×α×Ｑｏ ＋Ｋｐ×（Ｔｄｓ−Ｔｄｏ）＋Ｋｉ∫（Ｔｄｓ−Ｔｄｏ）ｄｔ

【００４９】このようにして、バーナ３の燃焼量とミキ
シングバルブ２１による混合比が調整され、給湯路２３
からの給湯温度Ｔｍが、温度設定スイッチ１７で設定さ
れた目標給湯温度Ｔｓになるように制御される。しか
も、外乱などにより出湯路６からの出湯温度Ｔｄｏが変
化しても、給湯路２３からの給湯温度Ｔｍを極力短時間
のうちに安定させて目標給湯温度Ｔｓになるように制御
することができる。

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【００５３】〔別実施形態〕 （１）上記実施形態では、定数ｍ，ｎを入水量Ｑｏの変
化に伴って変更するように構成していたが、入水温度Ｔ
ｃの変化に伴って定数ｍ，ｎを変更するように構成して
もよい。つまり、入水温度Ｔｃが低い場合には、前記定
数ｍの前記定数ｎに対する比率を大きくし、入水温度Ｔ
ｃが高い場合には、前記定数ｎの前記定数ｍに対する比
率を大きくして、微妙な制御を可能にする。

【００５４】（２）上記実施形態において、保温燃焼開
始用の設定条件が満たされると、バーナ３の燃焼を開始
させ、保温燃焼停止用の設定条件が満たされると、バー
ナ３の燃焼を停止させる保温燃焼制御を実行するように
構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】給湯装置の概略図

【符号の説明】

２ 熱交換器 ３ バーナ ５ 入水路 ６ 出湯路 ７ 入水量検出手段 ８ 入水温検出手段 ９ 出湯温検出手段 ２０ バイパス路 ２１ ミキシング手段 ２２ 給湯温検出手段 ２３ 給湯路 Ｈ 制御手段

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−91739（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/10 302

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入水路からの水を加熱して出湯路に供給
   する水加熱用の熱交換器と、その熱交換器を加熱するバ
   ーナと、前記熱交換器を迂回する状態で前記入水路と出
   湯路とを接続するバイパス路と、前記出湯路からの湯と
   バイパス路からの水との混合比を調整して給湯路に供給
   するミキシング手段と、前記バーナの燃焼量とミキシン
   グ手段の作動とを制御する制御手段とを備え、前記制御
   手段が、前記出湯路における湯の温度が目標出湯温度に
   なるように、前記バーナの燃焼量を制御するとともに、
   前記給湯路における湯水の温度が目標給湯温度になるよ
   うに、前記ミキシング手段を制御して前記混合比を調整
   するように構成してある給湯装置であって、 前記制御手段が、前記入水路に設けた入水温検出手段に
   よる検出入水温度、前記出湯路に設けた出湯温検出手段
   による検出出湯温度、ならびに、前記目標給湯温度とに
   基づいて前記ミキシング手段による混合比を求めるとと
   もに、前記出湯路に設けた出湯温検出手段による検出出
   湯温度を前記目標出湯温度に近づく側に補正した状態で
   前記混合比を求めるように、 前記出湯路からの湯量とバイパス路からの水量との混合
   比をα対βとし、ただし、α＋β＝１として、前記入水
   温検出手段による検出入水温度をＴｃ、前記出湯温検出
   手段による検出出湯温度をＴｄｏ、前記目標出湯温度を
   Ｔｄｓ、前記目標給湯温度をＴｓ、前記入水路に設けた
   入水量検出手段による検出入水量をＱｏとして、 ｍ，ｎを定数として、下記の式〔数１〕と〔数２〕、 【数１】 Ｑｏ×Ｔｓ＝α×Ｑｏ×Ａ＋β×Ｑｏ×Ｔｃ 【数２】 Ａ＝（ｍ×Ｔｄｏ＋ｎ×Ｔｄｓ）／（ｍ＋ｎ） に基づいて前記混合比を調整するように構成してある 給
   湯装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段が、前記入水量検出手段の
   検出情報に基づいて前記定数ｍ，ｎを変更するように構
   成してある請求項１記載の給湯装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段が、前記入水温検出手段の
   検出情報に基づいて 前記定数ｍ，ｎを変更するように構
   成してある請求項１記載の給湯装置。
4. 【請求項４】 前記式〔数２〕が、ｎ＝１として、下記
   の式〔数３〕、 【数３】 Ａ＝（ｍ×Ｔｄｏ＋Ｔｄｓ）／（ｍ＋１） からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の 給湯装
   置。
5. 【請求項５】 前記式〔数２〕が、ｍ＝１とし、ｎ’を
   正の整数として、下記の式〔数４〕、 【数４】 Ａ＝（Ｔｄｏ＋ｎ’×Ｔｄｓ）／（１＋ｎ’） からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の 給湯装
   置。
6. 【請求項６】 前記給湯路の湯水の温度を検出する給湯
   温検出手段を設け、前記制御手段が、前記目標給湯温度
   と前記給湯温検出手段による検出給湯温度との偏差に基
   づいて、前記混合比を調整するように構成してある請求
   項１〜５のいずれか１項に記載の給湯装置。